一种中心电弧等离子体发生器的理论模型与实验研究

电热化学发射中,烧蚀毛细管等离子体发生器的放电是电能转化为热能的重要阶段。目前,国内外的研究主要集中在对喷管式的毛细管进行实验和理论分析。但喷管式的毛细管却有其不可克服的缺点。因此,笔者提出了采用中心电弧式的毛细管,并从理论上对其进行了描述,同时针对一种通用的材料———聚乙烯在多种贮能条件下进行了放电实验研究,得出了一些规律性的认识。实验表明:中心电弧等离子体发生器在电弧稳定性以及能量转换等方面都有独特的优点。

中心电弧管内受限高压放电的实验研究

在电热化学发射中,等离子体发生器的放电过程是电能转化为热能的重要阶段。文中提出了采用中心电弧式的毛细管,并对一种通用的材料——聚乙烯在多种贮能条件下进行了放电实验研究,得出了一些规律性的认识。实验表明,中心电弧等离子体发生器在电弧稳定性以及对现有发射装置的电热化学发射改造等方面都有其独特的优点。

空心钨极中心负压电弧基础特性研究

为了提高传统钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊电弧的能量密度和热源边界的能量梯度,保证焊接热输入均衡,规避输入能量分散,提出空心钨极中心负压电弧焊接方法,设计并构建空心钨极中心负压电弧焊接系统,介绍系统的组成及操作方法。利用高速摄像机拍摄空心钨极中心负压电弧的宏观形态,进行定点焊接烧蚀试验,并对阳极表面熔池尺寸和焊接接头的宏观形貌进行分析。试验结果表明,在电弧自身刚性的作用下,空心钨极中心负压电弧能够稳定地建立于空心钨极和阳极工件之间;与传统TIG焊电弧相比,在宏观形态上,空心钨极中心负压电弧的弧柱沿径向收缩,呈现拘束状,空心钨极的尖端呈现白炽状态;在焊接接头的宏观形貌上,空心钨极中心负压电弧对应焊接接头的熔深大,熔宽小,焊缝成形好。

空心钨极中心负压电弧的物理性能

空心钨极中心负压电弧优化了传统焊接热源的能量密度及分布.为了深入理解环境压力对电弧行为和放电特性的影响,在流体力学和麦克斯韦方程组基础上,建立了空心钨极中心负压电弧的三维稳态数学模型.利用FLUENT软件,选择合适的源项和边界条件进行迭代计算,得到了不同局部压力下空心钨极中心负压电弧的物理状态,与试验结果相符.结果表明,与传统TIG焊电弧相比,空心钨极中心负压电弧的能量分布和热力输出均发生改变.随着局部压力的减小,电弧半径逐渐减小,径向温度梯度增大;电弧对工件的热力输出随着局部压力的降低而减少.